JP2773117B2 - Exposure apparatus and exposure method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、適宜の感応物体に対する照射エネルギー量
の制御にかかるものであり、例えば、露光光としてエキ
シマ等のパルスレーザを使用する露光装置の露光量制御
に好適なエネルギー量制御装置に関するものである。 〔従来の技術〕 従来のエネルギー量制御装置、例えば半導体素子製造
用の露光装置における露光光の制御手段装置としては、
特開昭60−169136号公報に開示されているものがある。 この装置は、感応体（レジスト付ウェハ等）へ与える
露光エネルギーを、適正露光量よりわずかに少ない露光
エネルギーを与える粗露光と、残りの必要とされる露光
エネルギーを与える修正露光との２段階に分けることに
より、全体として露光エネルギーのばらつきを抑制する
ようにしたものである。 すなわち、複数パルスで１ショットの露光を行う場
合、エネルギー量を小さくした最終パルスによって露光
量を制御することにより、最適露光量を得るようにして
いる。 尚、ここで１ショットとは一括露光方式の場合は、マ
スクを介してウェハ全体に露光エネルギーが照射される
ことであり、ステップアンドリピート方式の場合は、ウ
ェハ上の部分的な領域に露光エネルギーが照射されるこ
とである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、以上のような手段では、最終パルスに
含まれるエネルギー量の誤差（ばらつき）に対して何ら
配慮されていないため、依然として露光量が適格に制御
されず、適切な露光を行なうことができないという不都
合がある。また、上記公報に指摘されているように、半
導体素子製造のフォトリソグラフィ工程における露光量
の変動は、解像力や線幅の再現性に重大な影響を与える
おそれがある。そして、他方では、集積回路の集積度は
近年増々向上しており、解像度等もより良いものが要求
されるに至っている。従って、露光エネルギーの制御に
も、増々高い精度が必要とされている。 本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、露
光光量などのエネルギー量を、要求される精度に応じて
制御することができるエネルギー量制御装置を提供する
ことを目的とするものである。 〔問題点を解決する為の手段〕 上記問題点を解決する為、本発明は、エネルギー発生
源から発生して被照射物に達するパルスエネルギー量の
総和を所定の範囲内に制御する装置を備え、所定のパタ
ーンを基板上に形成する露光装置において、 被照射物に達するパルスエネルギー量を調整する調整
手段と；パルスエネルギー量の積算値を計測する積算手
段と；積算手段による積算値が目標値よりも小さい所定
値を越えるまで、エネルギー発生源から単数もしくは複
数のパルスエネルギーを射出される第１制御手段と；所
定値を越えた時点で、目標値に到達するのに必要な修正
エネルギー量を算出し、算出結果とパルスエネルギーの
ばらつきと目標値への制御精度とに基づいて制御精度を
満たすように、修正露光時のパルスエネルギーのばらつ
きを使ってエネルギー調整量と修正パルス数との条件を
ショット毎に決定し、条件に基づいて被照射部へパルス
エネルギーの修正照射を行う第２制御手段とを備えるこ
ととした。 また、エネルギー発生源から発生して被照射物に達す
るパルスエネルギー量の総和を所定の範囲内に制御する
とともに、所定のパターンを基板上に形成する露光方法
において、被照射物に達するパルスエネルギー量を調整
する工程と； パルスエネルギー量の積算値を計測する工程と；積算
値が目標値よりも小さい所定値を越えるまで、エネルギ
ー発生源から単数もしくは複数のパルスエネルギーを射
出させる工程と；所定値を越えた時点で、目標値に到達
するのに必要な修正エネルギー量を算出し、算出結果と
パルスエネルギーのばらつきと目標値への制御精度とに
基づいて制御精度を満たすように、修正露光時のパルス
エネルギーのばらつきを使ってエネルギー調整量と修正
パルス数との条件をショット毎に決定し、該条件に基づ
いて被照射部へパルスエネルギーの修正照射を行う工程
とを備えることとした。 本発明においては、エネルギー発生源から出力される
パルスのエネルギー量のパルス毎のばらつきを考慮に入
れて、修正露光時のパルスエネルギー調整量および修正
パルス数を決定しているので、露光光量などのエネルギ
ー量を要求される精度に制御することができる。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳
細に説明する。 第１図は、本発明の実施例によるエネルギー量制御装
置の構成を示してある。また、第２図には、主要部分の
詳細な構成例が示されている。 これら第１図及び第２図において、露光光源であるエ
キシマレーザなどの外部トリガ可能なパルスレーザ10か
ら出力されたレーザ光は、拡大レンズ12、対物レンズ14
を各々透過して、エネルギー量調整手段16に入射するよ
うになっている。 エネルギー量調整手段16は、第２図に示されているよ
うに、斜線部にレーザ光があたり、回転制御装置18によ
って制御される回転位置により、その透過エネルギー量
が制御される。なお、回転量は、図示しないエンコーダ
などによって検出されるようになっている。 エネルギー量調整手段16を透過したレーザ光は、ビー
ムスプリッター20に入射するようになっている。ここで
レーザ光は分割され、一方は集光レンズ22を透過して光
量計測用の受光素子24に入射し、他方は可干渉除去装置
26に入射した後、更に光学的なインテグレータ（フライ
アイレンズ等）28、コンデンサレンズ30を透過してレチ
クル（マスクと同義）32に入射し、その後不図示の投影
レンズを介して感光基板の露光に使用されるようになっ
ている。感光基板はxy方向に移動可能なステージ上に載
置されている。 次に、上述した受光素子24の出力は、アンプ34を介し
て、積算光量記憶装置36に入力され、ここで積算により
得られた光量は、制御装置38に入力されるようになって
いる。制御装置38は、入力されたデータあるいは予め設
定されたデータに基づいて、エネルギー量調整手段16の
回転制御装置18およびパルスレーザ10に制御指令を行な
う機能を有する。 すなわち、レチクル32に達するレーザ光量は、制御装
置38の指令により、パルスレーザ10自身に含まれるエネ
ルギー変更手段（図示せず）と、エネルギー量調整手段
16の回転量によって調整されるように構成されている。 ここで、エネルギー量調整手段16の具体例としては、
調整量を連続的に設定できるものとして偏光板があげら
れる。レーザ光が直線偏光である場合、偏光板の回転量
によって透過する光量は理想的には０〜100％の間で変
化する。第３図には、偏光板の回転量と、透過光量との
関係の一例が示されており、透過光量変化は、偏光板の
回転角度位置に関してCOSカーブになる。 また、エネルギー量調整手段16の別の具体例として
は、調整量を離散的に設定するものとして数種類の荒さ
の異なるメッシュフィルタを切換可能な構造にすること
があげられる。数種類のメッシュフィルタを組み込んだ
エネルギー量調整手段16の一例を第４図に、このときの
エネルギー調整手段16の回転量と透過光量の関係を第５
図に示す。第４図において、円板16′には円周方向に６
つの円形開口部が形成され、開口16′ａは単なる透過孔
で透過率は100％であり、角度２πの位置に対応する。
そして荒さの異なるメッシュフィルタ16′ｂ、16′ｃ、
16′ｄ、16′ｅ、16′ｆが設けられ、夫々の透過光量は
第５図のように角度π/3毎に順次小さくなるように定め
られる。 次に、エネルギー積算量を制御目標範囲に制御するた
めの手法について述べる。 通常、パルス発光型のレーザにおいては、パルスごと
のエネルギー量はある平均値のまりにばらつく。今、露
光位置（例えば投影像面）でエネルギー量のパルス間平
均値（例えば100パルスの平均値を、そのばらつき量
をδＰとおく。適正エネルギー量はＮを粗露光平均パル
ス数としてＮ・で表現できるものとする。また、修正
露光パルス数をｎ、エネルギー量の目標制御精度をＡ
（１％の場合、Ａ＝0.01）とおく。本実施例において
は、修正露光時の積算エネルギー量のばらつきは、適正
エネルギー量（目標値）に対するばらつきにそのまま効
く。そこで、修正露光エネルギー量の最大値Ｐ′は、 であり、これをｎパルスにわけて修正露光したときの
ばらつき量SP′は、 で表わされる。さらに、エネルギー量制御精度がＡ以
下であることより、式（２）から、 これを整理すると式（３）が得られる。 エキシマレーザの場合、普通（δP/）＝10％程度で
あり、またＡを１％（0.01）とすると、式（３）より修
正露光パルス数ｎが１のとき、Ｎは10以上、ｎが２のと
き、Ｎは８以上となる。すなわち、粗露光平均パルス数
Ｎを大きくとれば、粗露光完了時での積算エネルギー量
のばらつきが少く修正露光パルス数ｎは小さな値でよ
い。一方、スループットの観点からは、総パルス数が小
さい方がよいので、修正パルス数ｎを複数パルスにして
Ｎを小さく押さえることは意味がある。ここで第６図に
１ショットにおける適正露光量を得るまでの露光の様子
を示す。この図に示すように本実施例においては、粗露
光時は受光素子24、アンプ34に介して積算光量記憶装置
36で１パルス毎に積算光量を計算しつつ１パルスのエネ
ルギー量のばらつきを考慮して、次の１パルスによって
積算値が制御目標値を超える可能性が生じるところまで
行なう。 具体的には適正露光量Ｎ・で規格化した粗露光終了
判定レベルRcを次の（４）式のように定める。 そして実測した積算光量をN.で割り算した値が判定レ
ベルRcを越えるまで粗露光を行なうようにする。この判
定レベルRcに対応する積算値が本発明における目標値よ
り小さい所定値に相当する。 この粗露光の場合はエネルギー量調整手段16（又は1
6′）の回転角を調整して、100％（すなわち最大）の透
過率が得られるようにしておくとよい。そして最適な粗
露光パルス数Ｎ（Ｎ≧１）が得られるようにパルスレー
ザ10の出力エネルギー量を調整しておく。このようにす
れば、Ｎを小さく押えることができる。粗露光が終了す
ると、それまでの光量積算値、制御目標値、精度Ａ及び
パルスエネルギーのばらつきδP/に応じて式（３）に
基づいて修正パルス数と修正パルスのエネルギー量を決
定する。エネルギー量に関しては調整手段16（又は1
6′）を回転させて所定の透過率が得られるように設定
する。そして、所定のパルス数で修正露光が行なわれ
る。 具体的には、第３図に示した回転偏光板16の場合は、
先の式（３）により確認を行った上で修正パルス数ｎを
固定して、エネルギー量（透過率）を適切に調整してや
ればよい。また第４図に示した数種類のメッシュフィル
タを有する回転板16′の場合には、修正露光時のエネル
ギー調整量が第５図のように離散的あるから、制御精度
Ａを達成するために、制御目標値と粗露光終了時点の積
算光量値の差（不足の露光量）に応じて、メッシュフィ
ルタの透過率と修正パルス数との適切な組み合わせが存
在することになる。この場合も、残りの修正露光量をｎ
パルスで行なうとして、先の式（３）により確認を行な
うとよい。 ここで、修正露光時のエネルギー調整量ａと修正パル
ス数ｎの決定について述べる。ここでエネルギー調整量
ａとは、粗露光時のパルス間平均エネルギー（）に対
する修正露光時のルス間平均エネルギーの比である。
今、粗露光終了時の積算光量をＩとおくと、 を満たすａ、ｎであれば、修正露光後の積算光量は、
適宜露光量Ｎ・に対し、±Ａの制御精度が保証される
ことになる。 以上、本実施例により、各パルスのエネルギー量の積
算値を要求される精度に正確に制御することができる。 次に、露光装置として本発明を適用した場合の具体的
なシーケンスについて第７図を用いて説明する。 まず、ステップ100で適正露光量がオペレータにより
入力される。次に、ステップ102で露光面上での１パル
スの平均エネルギーの測定を行なう。これは、第１
図、第２図では不図示の感光基板が載置されるべきXYス
テージ上に設置された光電センサ（照度測定計）により
おこなわれ、複数パルスの平均により、１パルスのエネ
ルギーのばらつきの寄与を消去するものとする。この光
電センサは予め較正されているものとすれば、オペレー
タにより入力された適正露光量とから、直ちに、粗露光
平均パルス数Ｎが求まる（ステップ104）。次に、Ｎが
（３）式を満たしているか否かと判断し（ステップ10
6）、満たしていない場合は、ステップ108でエネルギー
調整手段16（又は16′）あるいはレーザ10自体により、
露光面でのエネルギーを減衰させたのち、再度の測定
に戻る。さて、Ｎが（３）式を満たしているの場合に
は、（４）式により、粗露光終了判定レベルRcが求まる
（ステップ110）。そして、次にXYステージが移動して
感光基板を所定位置にアライメント後、粗露光が開始さ
れる。粗露光時は１パルスごとに積算光量Ｉのチェック
がおこなわれ（ステップ112、114）、粗露光終了判定レ
ベルRcを越えた時点で、修正露光に入る。この時、すで
に露光量制御精度が満たされているか否かを判断し（ス
テップ116）、満たされていれば、修正露光は不要であ
るからこの位置での露光を終了し、次のステップ118に
進む。また、修正露光が必要な場合には、（５）（６）
式より、エネルギー調整量ａとパルス数ｎを決定後（ス
テップ120）、修正露光をおこなう（ステップ122）。次
に、ステップ118において感光基板上の別の場所で同様
な露光をおこなうと判断された場合は、ステップ124で
ａを1.0（100％）にインシャライズ後、次の露光に入
る。また、感光基板上の必要な場所すべてで露光が終了
したときは、一連のシーケンスが終了することとなる。 以上により、第７図のようなフローチャートに従え
ば、能率よく、要求された露光量制御精度でもって露光
をおこなうことができる。 ところでエネルギー源がレーザ光の場合、レーザ光の
持つ可干渉性により露光面においてスペックルト呼ばれ
る照度むらが生じることがある。照度むらは半導体素子
製造のフォトリソグラフィ工程におけるパターン線幅の
コントロールに重大な影響を与える。そこで特開昭59−
226317号公報に開示されているような手法でスペックを
低減させることも考えられている。本発明によるエネル
ギー量制御は、このようなスペックル低減策と組み合わ
せて用いるとより効果的である。 上記公報におけるスペックル低減策（インコヒーレン
ト化）では、レーザ光を振動ミラー等により一定周期で
２次元振動（ラスタースキャン）させて、レーザ光の照
明光路をわずかにずらしていくものであり、空間的にコ
ヒーレンシィを低減させていくものである。このような
手法の照明系にエキシマレーザ光のようなパルスエネル
ギーを通す場合は、ミラー等による２次元走査に同期さ
せて複数のパルスを照射することになる。通常エキシマ
レーザの発振パルス幅は20nSec程度と極めて短く、ミラ
ー等を数＋Hz程度で振動させたとしてもエキシマレーザ
の１パルスはミラーの２次元振動周期中は、あたかも静
止しているようにふるまう。第８図は、先の特開昭59−
226317号公報に開示された手法を用いたときに、レーザ
光（パルス光）をスキャンさせて生じる投影レンズの瞳
面での光源像（レーザスポット）の様子を示す平面図で
ある。投影レンズの瞳面epにはオプチカルインテグレー
タ28の射出端の像が形成され、所謂ケーラー照明が行な
われるものとする。オプチカルインテグレータ28に入射
するパルスエネルギーを平行光とし、その入射角がわず
かに変化するようにミラー等で偏向すると、インテグレ
ータ28を構成する複数のレンズ素子（ロッドレンズ等）
の各々の射出面にできるスポット光SPの位置も２次元的
に変化する。ミラー等の偏向角は極めて小さいため、小
ミラーをピエゾ素子でドライブする程度で十分である。
第９図はインテグレータ28の１つのレンズ素子28′の拡
大図であり、２次元走査の軌道SLに沿って適宜パルス発
光させ、１回の走査中にスポット光SPの位置を変えて点
在させる。第９図は模式的に示したものであり、実際の
スポット光SPの大きさはレンズ素子28′の端面の大きさ
程度に近づくこともある。第９図では１回の走査で11パ
ルスの発光がおこなわれている。またパルス発光の１走
査期間中の位置はレンズ素子28′の端面中で規則的な位
置、ランダムな位置のいずれであってもよい。 このような手法の場合、ミラーによる１走査の間に複
数のパルスが打たれることで、レクチル32（又は感光基
板）上で生じるスペックル縞が移動し、その複数のパル
スの積算後には照明むらが低減されるというものであ
る。 このスペックル低減策と本実施例のエネルギー量制御
方式とを組み合わせる場合は、第６図中の粗露光動作時
に行なうと効果的である。すなわち第６図の粗露光時の
１パルス分のエネルギー量を、１回の２次元走査中に打
つ複数のパルスの合計エネルギー量に置き換えて考えれ
ばよい。従って、この場合は１回の走査中に打たれる各
パルス毎のエネルギー量は第６図の粗露光中のパルスエ
ネルギー量よりも十分小さくする必要がある。またミラ
ーによる２次元走査も複数回行なわれることもある。 そして修正露光時は照度むらに与える影響は少ないの
で、粗露光時のような置き換えは行なわず、第６図中の
修正露光時の１パルスは走査期間中の１パルスと同じに
扱えばよい。このようにするとスループットの点で有利
である。また、オプチカルインテグレータとビームスキ
ャンによりレーザ光をインコヒーレント化する場合、特
開昭58−147708号公報に開示されているように、オプチ
カルインテグレータを２段配置にするとよい。このよう
にすると、１段のインテグレータに含まれるレンズ素子
をｍ個とすると、投影レンズの瞳面ではｍ×ｍ個の２次
光源像（レーザのスポット光）ができ、照度均一性がよ
り高精度になるからである。 〔発明の効果〕 以上の様に本発明によれば、エネルギー発生源から出
力されるパルスのエネルギー量にパルス間ばらつきがあ
ったとしても、その積算値を目標値に対して要求される
精度内に押えることができる。また、機械の駆動等によ
るエネルギー量の調整動作が修正露光直前の１回のみで
あるので、スループットの観点からも有利である。更
に、修正露光時のパルス数を複数パルスにすることによ
り総露光パルス数を減らすことができ、やはりスループ
ットの観点から有利である。 また、エネルギー源がレーザ光の場合スペックル対策
と組み合わせることができ、効果的である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to control of irradiation energy amount to an appropriate sensitive object. For example, the present invention relates to an exposure apparatus using a pulse laser such as an excimer as exposure light. The present invention relates to an energy amount control device suitable for exposure amount control. [Prior art] Conventional energy amount control devices, for example, as an exposure light control means device in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element,
There is one disclosed in JP-A-60-169136. This apparatus reduces exposure energy to a sensitive body (a wafer with a resist, etc.) in two stages: coarse exposure, which provides exposure energy slightly less than the proper exposure, and correction exposure, which provides the remaining required exposure energy. By dividing them, variations in exposure energy are suppressed as a whole. That is, when performing one-shot exposure with a plurality of pulses, an optimal exposure amount is obtained by controlling the exposure amount by a final pulse having a reduced energy amount. Here, one shot means that the entire wafer is irradiated with exposure energy through a mask in the case of the batch exposure method, and the exposure energy is applied to a partial region on the wafer in the case of the step-and-repeat method. Is irradiated. [Problems to be Solved by the Invention] However, in the means described above, since the error (variation) of the energy amount included in the final pulse is not considered at all, the exposure amount is still not appropriately controlled. However, there is a disadvantage that an appropriate exposure cannot be performed. Further, as pointed out in the above-mentioned publication, fluctuations in the exposure amount in the photolithography process of manufacturing a semiconductor device may have a significant effect on the resolving power and the reproducibility of the line width. On the other hand, the degree of integration of integrated circuits has been increasing more and more in recent years, and higher resolution and the like have been required. Therefore, the control of the exposure energy is required to have higher and higher accuracy. The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an energy amount control device capable of controlling the amount of energy such as the amount of exposure light in accordance with required accuracy. . [Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention includes a device for controlling the total amount of pulse energy generated from an energy generation source and reaching an irradiation target within a predetermined range. An exposure apparatus for forming a predetermined pattern on a substrate, an adjusting means for adjusting an amount of pulse energy reaching an irradiation object; an integrating means for measuring an integrated value of the pulse energy amount; A first control means for emitting one or more pulse energies from the energy source until a predetermined value smaller than a predetermined value is exceeded; when the predetermined value is exceeded, a correction energy amount required to reach a target value is determined. Calculate and vary the pulse energy at the time of correction exposure so as to satisfy the control accuracy based on the calculation result, the variation of the pulse energy and the control accuracy to the target value. Using to determine the condition of the corrected number of pulses with the energy adjustment amount for each shot, it was decided and a second control means for modifying the irradiation of the pulse energy to the irradiated portion on the basis of the conditions. In addition, while controlling the total amount of pulse energy reaching the irradiation target from the energy generation source within a predetermined range, the pulse energy reaching the irradiation target in the exposure method for forming a predetermined pattern on the substrate. Adjusting the pulse energy; measuring the integrated value of the pulse energy amount; and causing the energy source to emit one or more pulse energies until the integrated value exceeds a predetermined value smaller than the target value; At the point in time, the correction energy amount required to reach the target value is calculated, and the correction exposure time is adjusted so as to satisfy the control accuracy based on the calculation result, the dispersion of the pulse energy, and the control accuracy to the target value. The conditions of the energy adjustment amount and the number of corrected pulses are determined for each shot using the pulse energy variation of Performing a correction irradiation of pulse energy to the irradiation unit. In the present invention, the pulse energy adjustment amount and the correction pulse number at the time of the correction exposure are determined in consideration of the variation of the energy amount of the pulse output from the energy generation source for each pulse. The amount of energy can be controlled to the required accuracy. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a configuration of an energy amount control device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a detailed configuration example of a main part. 1 and 2, a laser beam output from an externally triggerable pulse laser 10, such as an excimer laser, which is an exposure light source, includes a magnifying lens 12 and an objective lens 14.
Are transmitted through each of them and enter the energy amount adjusting means 16. As shown in FIG. 2, the laser beam hits the hatched portion of the energy amount adjusting means 16, and the transmitted energy amount is controlled by the rotation position controlled by the rotation control device 18. The rotation amount is detected by an encoder (not shown) or the like. The laser light transmitted through the energy adjusting means 16 is incident on the beam splitter 20. Here, the laser light is split, and one is transmitted through the condenser lens 22 and is incident on the light receiving element 24 for measuring the amount of light, and the other is a coherence removing device.
After the light enters the reticle (synonymous with a mask) 32 after passing through an optical integrator (such as a fly-eye lens) 28 and a condenser lens 30, the photosensitive substrate is exposed through a projection lens (not shown). It has been used for. The photosensitive substrate is mounted on a stage that can move in the xy direction. Next, the output of the light receiving element 24 described above is input to an integrated light amount storage device 36 via an amplifier 34, and the light amount obtained by the integration is input to a control device 38. The control device 38 has a function of issuing a control command to the rotation control device 18 of the energy amount adjusting means 16 and the pulse laser 10 based on input data or preset data. In other words, the amount of laser light reaching the reticle 32 is controlled by an instruction from the control device 38 such that an energy changing unit (not shown) included in the pulse laser 10 itself and an energy amount adjusting unit
It is configured to be adjusted by the amount of rotation of 16. Here, specific examples of the energy amount adjusting means 16 include:
A polarizing plate is one that can continuously set the adjustment amount. If the laser beam is linearly polarized, the amount of light transmitted by the amount of rotation of the polarizing plate ideally varies between 0 and 100%. FIG. 3 shows an example of the relationship between the amount of rotation of the polarizing plate and the amount of transmitted light, and the change in the amount of transmitted light becomes a COS curve with respect to the rotation angle position of the polarizing plate. Another specific example of the energy amount adjusting means 16 is a structure in which several types of mesh filters having different roughnesses can be switched so as to set the adjustment amount discretely. FIG. 4 shows an example of the energy adjusting means 16 incorporating several types of mesh filters, and FIG. 5 shows the relationship between the amount of rotation of the energy adjusting means 16 and the amount of transmitted light.
Shown in the figure. In FIG. 4, the disk 16 'has 6
Two circular openings are formed, and the opening 16'a is a mere transmission hole having a transmittance of 100%, corresponding to the position at an angle of 2π.
And mesh filters 16'b, 16'c with different roughness,
16'd, 16'e, and 16'f are provided, and the amount of transmitted light is determined so as to gradually decrease at every angle π / 3 as shown in FIG. Next, a method for controlling the energy integration amount within the control target range will be described. Normally, in a pulse emission type laser, the amount of energy for each pulse varies to a certain average value. Now, an inter-pulse average value of the energy amount at the exposure position (for example, the projection image plane) (for example, the average value of 100 pulses, and the variation amount thereof is set as δP. In addition, the number of corrected exposure pulses is n, and the target control accuracy of the energy amount is A.
(In the case of 1%, A = 0.01). In the present embodiment, the variation of the integrated energy amount at the time of the correction exposure directly affects the variation with respect to the appropriate energy amount (target value). Therefore, the maximum value P ′ of the corrected exposure energy amount is And the amount of variation SP 'when this is corrected and exposed by dividing it into n pulses is Is represented by Further, since the energy amount control accuracy is A or less, from the equation (2), Equation (3) is obtained by rearranging this. In the case of an excimer laser, (δP /) = about 10%, and if A is 1% (0.01), then from equation (3), when the number of correction exposure pulses n is 1, N is 10 or more and n is 10 or more. In the case of 2, N is 8 or more. That is, if the average number N of coarse exposure pulses is increased, the variation in the integrated energy amount at the time of completion of the coarse exposure is small, and the number n of corrected exposure pulses may be a small value. On the other hand, from the viewpoint of throughput, the smaller the total number of pulses, the better. Therefore, it is meaningful to reduce the number N by setting the number n of modified pulses to a plurality of pulses. Here, FIG. 6 shows a state of exposure until an appropriate exposure amount in one shot is obtained. As shown in this figure, in the present embodiment, at the time of coarse exposure, the integrated light amount storage
At 36, the calculation is performed until the possibility that the integrated value exceeds the control target value by the next one pulse is calculated in consideration of the variation of the energy amount of one pulse while calculating the integrated light amount for each pulse. Specifically, the rough exposure end determination level Rc standardized by the appropriate exposure amount N · is determined as in the following equation (4). Then, rough exposure is performed until the value obtained by dividing the actually measured integrated light amount by N. exceeds the determination level Rc. The integrated value corresponding to this determination level Rc corresponds to a predetermined value smaller than the target value in the present invention. In the case of this rough exposure, the energy amount adjusting means 16 (or 1
The rotation angle of 6 ′) may be adjusted so that a transmittance of 100% (ie, maximum) is obtained. Then, the output energy amount of the pulse laser 10 is adjusted so as to obtain the optimum number N of coarse exposure pulses (N ≧ 1). By doing so, N can be kept small. When the rough exposure is completed, the number of correction pulses and the energy amount of the correction pulse are determined based on Expression (3) according to the integrated light amount value, control target value, accuracy A, and variation δP / of pulse energy up to that time. Regarding the amount of energy, adjustment means 16 (or 1
6 ′) is rotated so that a predetermined transmittance is obtained. Then, correction exposure is performed with a predetermined number of pulses. Specifically, in the case of the rotating polarizer 16 shown in FIG.
After confirming by the above equation (3), the correction pulse number n may be fixed, and the energy amount (transmittance) may be appropriately adjusted. In the case of the rotary plate 16 'having several types of mesh filters shown in FIG. 4, the energy adjustment amount at the time of the correction exposure is discrete as shown in FIG. There is an appropriate combination of the transmittance of the mesh filter and the number of correction pulses according to the difference between the control target value and the integrated light amount value at the end of the coarse exposure (insufficient exposure amount). Also in this case, the remaining corrected exposure amount is n
Assuming that the operation is performed by using a pulse, it is preferable that the confirmation be performed according to the above equation (3). Here, the determination of the energy adjustment amount a and the correction pulse number n during the correction exposure will be described. Here, the energy adjustment amount a is a ratio of the average energy between pulses during the correction exposure to the average energy between pulses () during the coarse exposure.
Now, assuming that the integrated light amount at the end of the coarse exposure is I, If a and n satisfy the following, the integrated light amount after the correction exposure is
The control accuracy of ± A is appropriately guaranteed for the exposure amount N ·. As described above, according to this embodiment, the integrated value of the energy amount of each pulse can be accurately controlled to the required accuracy. Next, a specific sequence when the present invention is applied as an exposure apparatus will be described with reference to FIG. First, in step 100, an appropriate exposure amount is input by an operator. Next, in step 102, the average energy of one pulse on the exposure surface is measured. This is the first
In FIG. 2 and FIG. 2, the measurement is performed by a photoelectric sensor (illuminance measurement meter) installed on an XY stage on which a photosensitive substrate (not shown) is to be mounted. Shall be deleted. Assuming that this photoelectric sensor has been calibrated in advance, the average number N of coarse exposure pulses is immediately obtained from the appropriate exposure amount input by the operator (step 104). Next, it is determined whether or not N satisfies the expression (3) (step 10).
6) If not, the energy adjusting means 16 (or 16 ') or the laser 10 itself at step 108
After attenuating the energy on the exposure surface, the process returns to the measurement again. If N satisfies the expression (3), the rough exposure end determination level Rc is obtained from the expression (4) (step 110). Then, after the XY stage moves to align the photosensitive substrate at a predetermined position, coarse exposure is started. At the time of rough exposure, the integrated light amount I is checked for each pulse (steps 112 and 114), and when the rough exposure end determination level Rc is exceeded, correction exposure is started. At this time, it is determined whether or not the exposure amount control accuracy is already satisfied (step 116). If the exposure amount control accuracy is satisfied, the correction exposure is unnecessary, and the exposure at this position is terminated. move on. When the correction exposure is required, (5) and (6)
After the energy adjustment amount a and the pulse number n are determined from the formula (step 120), the correction exposure is performed (step 122). Next, if it is determined in step 118 that similar exposure is to be performed at another location on the photosensitive substrate, a is initialized to 1.0 (100%) in step 124, and then the next exposure is started. Further, when the exposure is completed at all the necessary places on the photosensitive substrate, a series of sequences is completed. As described above, according to the flowchart shown in FIG. 7, the exposure can be efficiently performed with the required exposure amount control accuracy. When the energy source is a laser beam, uneven illuminance called speckle may occur on the exposure surface due to the coherence of the laser beam. Illumination unevenness has a significant effect on the control of the pattern line width in the photolithography process of manufacturing a semiconductor device. Therefore, JP-A-59-
It is also considered to reduce the specifications by a method as disclosed in Japanese Patent No. 226317. The energy control according to the present invention is more effective when used in combination with such a speckle reduction measure. In the speckle reduction measure (incoherentization) disclosed in the above publication, laser light is two-dimensionally vibrated (raster scan) at a constant period by a vibrating mirror or the like to slightly shift an illumination optical path of the laser light. It is intended to reduce coherency. When passing pulse energy such as excimer laser light to the illumination system of such a method, a plurality of pulses are irradiated in synchronization with two-dimensional scanning by a mirror or the like. Normally, the oscillation pulse width of an excimer laser is extremely short, about 20 nSec. Even if a mirror or the like is vibrated at about several + Hz, one pulse of the excimer laser behaves as if it is stationary during the two-dimensional oscillation period of the mirror. FIG.
FIG. 3 is a plan view showing a state of a light source image (laser spot) on a pupil plane of a projection lens generated by scanning a laser beam (pulse beam) when the technique disclosed in Japanese Patent No. 226317 is used. An image of the exit end of the optical integrator 28 is formed on the pupil plane ep of the projection lens, and so-called Koehler illumination is performed. When the pulse energy incident on the optical integrator 28 is converted into parallel light and is deflected by a mirror or the like so that the incident angle slightly changes, a plurality of lens elements (such as a rod lens) constituting the integrator 28 are formed.
The position of the spot light SP formed on each of the exit surfaces also changes two-dimensionally. Since the deflection angle of a mirror or the like is extremely small, it is sufficient to drive the small mirror with a piezo element.
FIG. 9 is an enlarged view of one lens element 28 'of the integrator 28. Pulse light is emitted appropriately along the orbit SL of the two-dimensional scanning, and the spot light SP is changed and scattered during one scanning. . FIG. 9 is a schematic view, and the actual size of the spot light SP may approach the size of the end face of the lens element 28 '. In FIG. 9, light emission of 11 pulses is performed in one scan. The position of the pulse emission during one scanning period may be either a regular position or a random position on the end face of the lens element 28 '. In the case of such a method, a plurality of pulses are emitted during one scan by the mirror, so that speckle fringes generated on the reticle 32 (or the photosensitive substrate) move, and after integration of the plurality of pulses, illumination is performed. That is, unevenness is reduced. In the case where this speckle reduction measure is combined with the energy amount control method of the present embodiment, it is effective to carry out the coarse exposure operation shown in FIG. That is, the energy amount for one pulse at the time of rough exposure in FIG. 6 may be replaced with the total energy amount of a plurality of pulses hit during one two-dimensional scan. Accordingly, in this case, the energy amount of each pulse applied during one scan needs to be sufficiently smaller than the pulse energy amount during the coarse exposure shown in FIG. Also, two-dimensional scanning by a mirror may be performed a plurality of times. Since the influence on the illuminance unevenness is small at the time of the correction exposure, the replacement at the time of the rough exposure is not performed, and one pulse at the time of the correction exposure in FIG. This is advantageous in terms of throughput. When the laser light is made incoherent by an optical integrator and beam scanning, it is preferable to arrange the optical integrators in two stages as disclosed in JP-A-58-147708. In this manner, if the number of lens elements included in the one-stage integrator is m, m × m secondary light source images (laser spot light) are formed on the pupil plane of the projection lens, and the illuminance uniformity is higher. This is because the accuracy becomes higher. [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, even if there is a pulse-to-pulse variation in the energy amount of the pulse output from the energy generation source, the integrated value is within the accuracy required for the target value. Can be suppressed. In addition, since the operation of adjusting the energy amount by driving the machine or the like is performed only once immediately before the correction exposure, it is advantageous from the viewpoint of throughput. Further, by making the number of pulses at the time of correction exposure a plurality of pulses, the total number of exposure pulses can be reduced, which is also advantageous from the viewpoint of throughput. Further, when the energy source is a laser beam, it can be combined with measures against speckles, which is effective.

【図面の簡単な説明】 第１図、第２図は本発明の実施例によるエネルギー制御
装置の構成を表わす図、第３図は、エネルギーの連続的
な調整手段の回転量と透過光量の関係を表わすグラフ、
第４図は、エネルギーの離散的な調整手段としてのメッ
シュフィルタの構成を示す平面図、第５図は第４図に示
した調整手段の回転量と透過光量の関係を表わすグラ
フ、第６図は、本実施例における露光の様子を示すタイ
ミングチャート図、第７図は実際の露光動作時の具体的
なシーケンスを表わすフローチャート図、第８図はオプ
チカルインテグレータの瞳面での様子を示す平面図、第
９図はインテグレータの１つの素子の端面でのビームス
キャンの様子を示す平面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 10……パルスレーザ 16……エネルギー調整手段 20……ハーフミラー 18……エネルギー調整手段回転制御装置 24……受光素子 36……積算光量記憶装置 38……制御装置BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1 and 2 show the configuration of an energy control device according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 shows the relationship between the amount of rotation of the energy continuous adjusting means and the amount of transmitted light. A graph representing
FIG. 4 is a plan view showing the configuration of a mesh filter as discrete energy adjusting means, FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of rotation of the adjusting means shown in FIG. 4 and the amount of transmitted light, and FIG. FIG. 7 is a timing chart showing the state of exposure in the present embodiment, FIG. 7 is a flowchart showing a specific sequence during an actual exposure operation, and FIG. 8 is a plan view showing the state of the optical integrator on a pupil plane. FIG. 9 is a plan view showing a state of beam scanning at an end face of one element of the integrator. [Description of Signs of Main Parts] 10 pulse laser 16 energy adjusting means 20 half mirror 18 energy adjusting means rotation control device 24 light receiving element 36 integrated light quantity storage device 38 control device

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 １．エネルギー発生源から発生して被照射物に達するパ
ルスエネルギー量の総和を所定の範囲内に制御する装置
を備え、所定のパターンを基板上に形成する露光装置に
おいて、 前記被照射物に達するパルスエネルギー量を調整する調
整手段と； 前記パルスエネルギー量の積算値を計測する積算手段
と； 該積算手段による積算値が目標値よりも小さい所定値を
越えるまで、前記エネルギー発生源から単数もしくは複
数のパルスエネルギーを射出させる第１制御手段と； 前記所定値を越えた時点で、前記目標値に到達するのに
必要な修正エネルギー量を算出し、該算出結果とパルス
エネルギーのばらつきと前記目標値への制御精度とに基
づいて該制御精度を満たすように、修正露光時のパルス
エネルギーのばらつきを使ってエネルギー調整量と修正
パルス数との条件をショット毎に決定し、該条件に基づ
いて前記被照射部へパルスエネルギーの修正照射を行う
第２制御手段とを備えたことを特徴とする露光装置。 ２．前記目標値よりも小さい所定値は、前記パルスエネ
ルギー量の１パルス分が次に照射されると、該パルスエ
ネルギー量の平均的な大きさとばらつきによって前記積
算値が目標値に対する制御精度からはずれると予想され
る値に定められることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の装置。 ３．前記調整手段が調整量を連続的に変化させる場合、
前記第２制御手段は前記修正照射の前記条件内でのパル
ス数を予め所定値に設定し、必要とされるパルスエネル
ギー調整量を算出することを特徴とする特許請求の範囲
第１項または第２記載の装置。 ４．前記調整手段が調整量を離散的に変化させる場合、
前記第２制御手段は前記修正照射時のエネルギー調整量
とパルス数との最適な組み合わせを選択することを特徴
とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の装置。 ５．前記調整手段は、回転板と、該回転板に設けられ互
いに異なる減光率を有する複数の減光部材と、該回転板
を回転させる駆動装置とを有することを特徴とする特許
請求の範囲第４項記載の装置。 ６．前記第１制御手段と前記第２制御手段は、前記エネ
ルギー発生源から発生して被照射物に達するパルスの総
和が最小となるように制御されることを特徴とする特許
請求の範囲第１項から第５項のいずれか１項に記載の装
置。 ７．前記第１制御手段により前記エネルギー発生源から
射出されるパルスの数は、前記パルスエネルギーのばら
つきと前記被照射物上で生じるスペックル低減のために
必要なパルス数とに基づいて決定されることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の装置。 ８．前記第２制御手段は、前記修正エネルギー量と前記
目標値とを比較し、比較結果が許容値内の場合には、前
記修正照射を行わず、許容値外のとき前記修正照射を行
うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ９．エネルギー発生源から発生して被照射物に達するパ
ルスエネルギー量の総和を所定の範囲内に制御するとと
もに、所定のパターンを基板上に形成する露光方法にお
いて、 前記被照射物に達するパルスエネルギー量を調整する工
程と； 前記パルスエネルギー量の積算値を計測する工程と； 前記積算値が目標値よりも小さい所定値を越えるまで、
前記エネルギー発生源から単数もしくは複数のパルスエ
ネルギーを射出させる工程と； 前記所定値を越えた時点で、前記目標値に到達するのに
必要な修正エネルギー量を算出し、該算出結果とパルス
エネルギーのばらつきと前記目標値への制御精度とに基
づいて該制御精度を満たすように、修正露光時のパルス
エネルギーのばらつきを使ってエネルギー調整量と修正
パルス数との条件をショット毎に決定し、該条件に基づ
いて前記被照射部へパルスエネルギーの修正照射を行う
工程とを備えたことを特徴とする露光方法。 １０．前記エネルギー発生源から射出されるパルスの数
は、前記パルスエネルギーのばらつきと前記被照射物上
で生じるスペックル低減のために必要なパルス数に基づ
いて決定されることを特徴とする特許請求の範囲第９記
載の方法。 １１．前記修正照射を行う工程は、前記積算値が前記所
定値を越えた時点で、修正露光を行うか否かを判定する
工程を含むことを特徴とする特許請求の範囲第９項記載
の方法。(57) [Claims] An exposure apparatus for controlling a total amount of pulse energy generated from an energy source and reaching an irradiation object within a predetermined range, wherein the pulse energy reaching the irradiation object is provided in an exposure apparatus for forming a predetermined pattern on a substrate. Adjusting means for adjusting the amount; integrating means for measuring an integrated value of the pulse energy amount; singular or plural pulses from the energy generating source until the integrated value by the integrating means exceeds a predetermined value smaller than a target value. First control means for injecting energy; calculating a corrected energy amount necessary to reach the target value at a point in time when the predetermined value is exceeded; Based on the control accuracy, the amount of energy adjustment and correction using the pulse energy variation at the time of correction exposure so as to satisfy the control accuracy An exposure apparatus comprising: a second control unit that determines a condition of the number of pulses for each shot, and performs correction irradiation of pulse energy to the irradiation target based on the condition. 2. The predetermined value smaller than the target value is such that when one pulse of the pulse energy amount is irradiated next, the integrated value deviates from the control accuracy for the target value due to the average magnitude and variation of the pulse energy amount. Claim 1 characterized in that it is set to an expected value.
Item. 3. When the adjusting means continuously changes the adjustment amount,
2. The method according to claim 1, wherein the second control unit sets the number of pulses within the condition of the correction irradiation to a predetermined value in advance and calculates a required pulse energy adjustment amount. 3. The apparatus according to 2. 4. When the adjusting means discretely changes the adjustment amount,
3. The apparatus according to claim 1, wherein said second control means selects an optimum combination of an energy adjustment amount and a pulse number at the time of said correction irradiation. 5. 9. The method according to claim 8, wherein the adjusting unit includes a rotating plate, a plurality of dimming members provided on the rotating plate and having different dimming rates, and a driving device for rotating the rotating plate. An apparatus according to claim 4. 6. 2. The control method according to claim 1, wherein the first control means and the second control means are controlled such that the total sum of pulses generated from the energy generation source and reaching the irradiation target is minimized. The apparatus according to any one of claims 1 to 5. 7. The number of pulses emitted from the energy generation source by the first control means is determined based on the variation in the pulse energy and the number of pulses required for reducing speckles generated on the irradiation object. The device according to claim 1, characterized in that: 8. The second control means compares the corrected energy amount with the target value, does not perform the correction irradiation when the comparison result is within the allowable value, and performs the correction irradiation when the comparison result is outside the allowable value. An apparatus according to claim 1, characterized in that: 9. Controlling the total amount of pulse energy generated from the energy source and reaching the irradiation object within a predetermined range, and in an exposure method for forming a predetermined pattern on a substrate, the pulse energy amount reaching the irradiation object is Adjusting; and measuring an integrated value of the pulse energy amount; and until the integrated value exceeds a predetermined value smaller than a target value.
Injecting one or a plurality of pulse energies from the energy source; calculating a correction energy amount required to reach the target value at a time when the predetermined value is exceeded; Based on the variation and the control accuracy to the target value, the conditions of the energy adjustment amount and the correction pulse number are determined for each shot using the variation of the pulse energy at the time of correction exposure so as to satisfy the control accuracy. Performing a corrective irradiation of pulse energy to the irradiated portion based on a condition. 10. The number of pulses emitted from the energy source is determined based on the variation in the pulse energy and the number of pulses necessary for reducing speckles generated on the irradiation object. The method of claim 9, wherein 11. 10. The method according to claim 9, wherein the step of performing the correction irradiation includes a step of determining whether or not to perform the correction exposure when the integrated value exceeds the predetermined value.